Naukowcy z Instytutu Technologii Chemicznej Fraunhofer ICT współpracują z Instytutem Technologicznym w Karlsruhe w celu opracowania nowej koncepcji chłodzenia umożliwiającej wykorzystanie polimerów jako materiałów na obudowy silników. Nowa technologia nie tylko pozwala zredukować ciężar układu napędowego: znacznie zwiększa się również gęstość mocy i sprawność silnika w porównaniu z konstrukcjami będącymi w powszechnym użyciu.

Dwa kluczowe elementy elektrycznego układu napędowego to silnik elektryczny i akumulator. Powinny się one cechować trzema parametrami, które odgrywają szczególnie ważną rolę, jeśli chodzi o wykorzystanie silnika elektrycznego w nowoczesnych pojazdach: dużą gęstością mocy, kompaktowością, która idealnie pasuje do pojazdu elektrycznego, oraz wysokim poziomem wydajności. W ramach projektu DEmiL (z niemieckiego: silnik elektryczny chłodzony bezpośrednio ze zintegrowaną lekką obudową) naukowcy opracowują nowatorską konstrukcję stojana (wykonanego z tworzyw sztucznych) z obiegiem płynu chłodzącego.

Prostokątny drut płaski zastępuje okrągły drut

Silniki elektryczne mają wysoką sprawność na poziomie ponad 90%, co oznacza, że ​​duża część energii elektrycznej jest przekształcana w energię mechaniczną. Pozostałe 10% energii elektrycznej jest emitowane w postaci ciepła. Aby zapobiec przegrzaniu silnika, ciepło w stojanie jest obecnie prowadzone przez metalową obudowę do tulei chłodzącej wypełnionej zimną cieczą. W ramach projektu zespół naukowców zastąpił uzwojenie z okrągłego drutu uzwojeniem wykonanym z drutu płaskiego, co dało więcej miejsca na kanał chłodzący.

W tej zoptymalizowanej konstrukcji straty ciepła mogą być odprowadzane przez kanał chłodzący wewnątrz stojana, eliminując potrzebę transportu ciepła przez metalową obudowę do zewnętrznej tulei chłodzącej. W rzeczywistości nie ma już potrzeby instalowania tulei chłodzącej, co daje znaczną oszczędność wagi. Ponadto nowa konstrukcja oferuje rozwiązanie chłodzenia wirnika, które pozwala również na odprowadzanie strat ciepła wirnika bezpośrednio w silniku.

Dzięki rozproszeniu ciepła w pobliżu miejsca, w którym jest wytwarzane, pomysłodawcy projektu byli w stanie zbudować cały silnik i obudowę z materiałów polimerowych, co doprowadziło do dalszych korzyści. Obudowy polimerowe są lekkie i łatwiejsze w produkcji niż aluminiowe. Łatwo uzyskać skomplikowane geometrycznie kształty, a jakość powierzchni nie wymaga obróbki końcowej. Dzięki temu uzyskano realne oszczędności, jeśli chodzi o wagę podzespołów oraz koszty ich wykonania.

Partnerzy projektu zdecydowali się na użycie wzmocnionych włóknami, termoutwardzalnych tworzyw sztucznych, które odznaczają się odpornością na wysokie temperatury i agresywne chłodziwa. W przeciwieństwie do tworzyw termoplastycznych tworzywa termoutwardzalne nie pęcznieją, gdy wchodzą w kontakt z chemikaliami. Obudowa z polimeru jest wytwarzana w zautomatyzowanym procesie formowania wtryskowego z użyciem fenolowej masy formującej Vyncolit X7700. Czas cyklu wytwarzania prototypów wynosi obecnie cztery minuty. Same stojany są natryskiwane termicznie przewodzącą masą formującą z żywicy epoksydowej (Sumikon EME-A730E) w procesie formowania transferowego.